Vesistönäytelmässä sulfaatin rikille lankeaa pahiksen rooli

Erikoistutkija Jouni Lehtoranta Suomen ympäristökeskuksesta (SYKE) kuvaa kirjoituksessaan, miten sulfaatti saattaa aiheuttaa rehevöitymistä vesistöissä. Tätä näytelmää lukiessa maallikollekin avautuu, mistä prosessissa on kyse. Sulfaatin vaikutusta luonnonvesien rehevöitymiseen on tutkittu yhteistyössä Turun AMK:n kanssa. Tuloksia kokeesta saadaan syksyllä. Keväällä julkaistussa arviossa kipsinlevitykselle soveltuvasta peltoalasta  on rajattu pois ne valuma-alueet, joilta vedet laskevat järviin.

Olemme Ekholmin Petrin kanssa pohdiskelleet sulfaatin aiheuttamaa rehevöitymistä vuosituhannen alusta saakka. Fosforin kierron kannalta ”mikrobiologinen dissimilatorinen sulfaatin pelkistys” on yksi merkittävimmistä tapahtumista vesistöissä. Työkaverit hauskuuttavat itseään tuon termin käytöllä ja hymyilyttäähän se minuakin. Totuus kuitenkin on, että prosessi tunnetaan heikosti meikäläisissä vesistöissä. Eikä tuo nyt luille kaluttu termi ole, jos se tulee tässä ensimmäistä kertaa esille. Ryhdytään nyt linkittämään sulfaattia fosforiin ja rehevöitymiseen teatterinäytelmän keinoin.

Kytkennät aineiden välillä ovat tietysti monimutkaisia, kuten näiden luonnon prosessien kanssa tahtoo olla. Mutta niin ovat monet näytelmätkin pää- ja sivuhenkilöineen. Hylätään kuitenkin aluksi termit ja rakennetaan sulfaatista näytelmä, jossa aineiden sitoutumiset ja vapautumiset esitetään kihlautumisina, eroina ja uusien kumppanien löytämisinä ja pysyvinä liittoina. Pääosissa ovat happi, rauta, rikki, fosfori ja eloperäinen hiili. Eri näytösten ohjaajat – tilannetajuiset mikrobit – osallistuvat näytökseen vain, kun tietyt reunaehdot näyttämöllä toteutuvat. Näyttelijät ja ohjaajat lavalle ja vedetään esirippu ylös!

Henkilöhahmoja Shakespearen näytelmistä. (Kuva 1800-luvun puolivälistä, tekijä tuntematon. Lähde: Wikipedia Commons)

Ensimmäinen näytös: Rauta-fosforiliitossa kaikki hyvin

Näyttämöllä on ruuhkaksi asti happea ja muutamia eloperäisen aineksen edustajia. Mikrobeista lavalla ovat vain ne, jotka tykkäävät hapesta, jota on runsaasti ympärillä. Timmissä kunnossa olevat hapettuneet ruosteraudat kihlautuvat nopeasti fosforin kanssa ja fosfori ei ole kiinnostunut suuresti levien flirttailusta. Levät eivät siis lisäänny liikaa. Sulfaatit pyörivät näyttämöllä kykenemättöminä turmelemaan raudan ja fosforin solmimia liittoja. Oi onnea!

Toinen näytös: Parisuhde alkaa rakoilla

Näyttämölle saapuu lisää eloperäistä ainesta ja mikrobit poistavat näyttämöltä lopulta kaikki happikaverit. Hapettomaksi muuttuneella näyttämöllä hyväkuntoisesta raudasta kiinnostunut mikrobiporukka heräilee ja alkaa murjoa eloperäisen aineksen avulla rautaa heikompaan kuntoon. Tällaisesta raudasta fosfori ei enää ole kiinnostunut ja fosfori purkaa kihlauksensa raudan kanssa. Voimaton rauta ja siitä eronnut fosfori eivät kykene sitoutumaan toisiinsa lukuun ottamatta muutamaa hassua susiparia, ja rauta ja fosfori vaeltelevat turhautuneina näyttämöllä. Osa fosforista tympääntyy touhuun täysin ja menee kimppaan levien kanssa.

Kolmas näytös: Parisuhdeongelma kärjistyy – rauta löytää uuden kumppanin

Lavalle tunkeutuu vielä lisää eloperäistä ainesta, sopivaa rautaa ei enää ole taottavaksi ja nyt eloperäisen aineksesta kiinnostuvat sulfaattia hyödyntävät mikrobit. Nämä veijarit tuottavat sulfaatista ärhäkkään, raudasta erittäin kiinnostuneen sulfidin. Sulfidi häiriköi, vie raudan vihille, ja pariskunnasta tulee musta, näyttämörakenteisiin hautautuva kiinteä rautasulfidi. Raudan seurustelu sulfidin kanssa on armoton fosforille, sillä rauta, liittouduttuaan sulfidin kanssa, ei kykene fosforiliittoon. Fosfori poistuu kolmantena pyöränä ja on vapaa seurustelemaan muiden kumppanien kanssa. Näytelmän loppu on onneton – fosfori kihlautuu sinilevän kanssa.

Näytelmän opetus

Esityksen ”hyvis” on rauta, tarkemmin ilmaistuna rautaoksidi, joka sitoo fosforin pois levien ulottuvilta. Sulfaatti ja sen sisältämä rikki on taas ”pahis”, joka sitoo raudan, jolloin se ei kykene sitomaan fosforia. Ensimmäinen näytös osoittaa, että sulfaatti on alussa ”harmiton”, mutta tilanne muuttuu ikäväksi, kun mikrobit voivat hyödyntää sitä suurin määrin, jolloin sulfaatin sisältämä rikki aiheuttaa riesaa sen estäessä raudan ja fosforin keskinäisen sitoutumisen.

Jokien sulfaattikuormalla on vähäinen vaikutus meren sulfaattipitoisuuteen, koska merissä sulfaattia on jo luontaisesti. (Kuva: Samuli Puroila)

Sulfaatin lisääminen vesistöön voi siis lisätä rehevöitymistä. Jos systeemi on niukkatuottoinen, niin sulfaatti tuskin aiheuttaa rehevöitymisongelmia – pohjasedimentissä kun ei ole käyttökelpoista eloperäistä ainesta sulfaatinpelkistäjille ja sulfaatti kulkee vesistön läpi. Toisin on rehevien vesistöjen kanssa, joihin sulfaatin lisääminen voi olla hyvinkin haitallista. Sulfaatin pelkistäjäbakteerit viihtyvät hyvin lämpimissä ja rehevissä ympäristöissä. Maataloutemme kuormittamat matalat ja hyvin, koko vesitilavuudeltaan lämpenevät järvemme eivät todellakaan tarvitse sulfaattilisäystä. Tämän vuoksi emme suosittele sulfaattipitoisuutta vesistössä nostavaa kipsin käyttöä kuin sellaisilla valuma-alueilla, joilta vesi kulkeutuu suoraan tai jokia pitkin mereen. Merivedessä sulfaattia riittää luontaisesti eikä lisäsulfaatti juuri vaikuta sulfaattipitoisuuteen.

Tätä aihetta ”sulfaatti ja rehevöityminen” ovat käsitelleet muutkin tasokkaissa tieteellisissä artikkeleissa, ja vieläpä reilusti ennen minua ja Petriä. Mutta jos meidän tekemä heavy-osasto kiinnostaa, niin kannattaa käydä vilkaisemassa artikkeleita AMBIO-tiedelehdestä tai kotimaisesta Vesitalous-sarjasta.

J.K. Tavoittelin tässä Shakespearen loistokkuutta, mutta tällaista pienen pitäjän kömpelöä kesäteatteria tuli. Menköön helteisen heinäkuun piikkiin.

Jouni Lehtoranta
Erikoistutkija, Suomen ympäristökeskus (SYKE)

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.